DE69400664T2

DE69400664T2 - Metallgefäss für Druckfluide und Verfahren zur Verstärkung solch eines Gefässes

Info

Publication number: DE69400664T2
Application number: DE69400664T
Authority: DE
Inventors: Patrick Murru; Pascal Patou
Original assignee: Lorraine de Laminage Continu SA SOLLAC
Current assignee: Sollac SA
Priority date: 1993-03-30
Filing date: 1994-03-28
Publication date: 1997-02-20
Anticipated expiration: 2014-03-29
Also published as: ATE144036T1; FR2703432A1; EP0618400A1; DE69400664D1; FR2703432B1; EP0618400B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Metallgefäß für ein Druckfluid, wie beispielsweise ein Druckgasbehälter.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Verstärkung eines solchen Gefäßes.
In den nächsten Jahren sollte das Erdgas immer mehr als Ersatz für die Erdölprodukte in den Verbrennungsmotoren der Kraftfahrzeuge genutzt werden.
Allerdings aufgrund seiner geringen energetischen Dichte muß das Erdgas bei hohem Druck verdichtet werden, was zur Verwendung von sehr schweren Behältern führt.
Die energetische Dichte des auf 200 bar verdichteten Erdgases ist nämlich gleich einem Viertel von jener des Benzins.
Somit müßte ein Fahrzeug mit einem Behälter von mindestens 200 Litern von auf 200 bar verdichtetem Erdgas ausgestattet sein, um eine Reichweite von ungefähr 750 Kilometern beizubehalten.
Die Hersteller von Druckgasbehältern sind nun gezwungen, ihre Masse aufgrund des Gasdrucks, des Innenvolumens und des in dem Fahrzeug vorhandenen Platzes zu minimieren.
Die üblicherweise verwendeten Druckgasbehälter bestehen aus Stahl und umfassen einen Körper allgemeiner zylindrischer Form, der an seinen beiden gegenüberliegenden Enden durch zwei abgerundete Böden verschlossen ist, wovon einer mit einer Öffnung versehen ist, in die ein Hahn für den Gasdurchfluß eingebaut ist.
Um den Anforderungen der Erleichterung gerecht zu werden, ist die Wand des zylindrischen Körpers des Behälters in bezug auf die Dicke jener Wand verdünnt, welche die beiden Böden bildet.
Diese Wahl erfordert es jedoch, den Behälter in seinem zylindrischen Teil mechanisch zu verstärken.
Die zylindrische Wand unterliegt nämlich im wesentlichen zwei mechanischen Beanspruchungen, die eine in Axialrichtung und die andere in Umfangsrichtung. Diese letztgenannte ist zweimal größer als die axiale Beanspruchung. Deshalb ist es erforderlich, die zylindrische Wand in Umfangsrichtung zu verstärken.
Bis jetzt verstärken die Hersteller von Druckgasbehältern den zylindrischen Körper des Behälters durch Wickeln von Glas-, Aramid- oder Kohlenstoffasern um den zylindrischen Körper und durch Einarbeitung dieser Fasern in ein organisches Harz.
Trotz der Erleichterung und der mechanischen Verstärkung, die sich durch diese Technik ergeben, konnte festgestellt werden, daß sie große Nachteile mit sich bringt.
Bei der Durchführung der Tätigkeit der Verstärkung des zylindrischen Körpers dieser Art von Behältern stellt nämlich die Beseitigung der in dem organischen Harz vorhandenen Lösungsmittel ein technisches Problem dar, das, falls es nicht gelöst wird, schlimme Folgen für die Gesundheit der Bedienpersonen und die Umweltverschmutzung hat.
Ferner erleichtert die Zufuhr und die Aufbewahrung dieses organischen Harzes in einer Fabrik keineswegs die Verwendung dieser technischen Lösung.
Überdies kann die Tätigkeit der Umwicklung der Glasfasern oder sonstigen Fasern nur sehr langsam erfolgen aufgrund der sehr langen Verdampfungszeiten der Lösungsmittel.
Es ist auch festzustellen, daß die erleichterten und mechanisch verstärkten Druckgasbehälter eine zufriedenstellende Haltbarkeit aufweisen müssen und beispielsweise ungefähr 20.000 Befüllungs- und Entleerungszyklen und mechanischen Stößen standhalten müssen und eine Hitzebeständigkeit sowie eine Korrosionsbeständigkeit unter Belastung aufweisen müssen.
Nun ist die Technik der Verstärkung durch Glasfasern, die um den zylindrischen Teil der Gasbehälter gewickelt und in ein organisches Harz eingearbeitet werden, nicht an die agressiven Betriebsbedingungen dieser Behälter während deren Inbetriebnahme aufgrund der Zerbrechlichkeit dieser Glasfasern angepaßt.
Mechanische Stöße auf die durch diese Technik erleichterten und verstärkten Druckgasbehälter, die sich beispielsweise bei einer Handhabung vor deren Einbau in ein Fahrzeug oder bei einem Unfall während des Verschiebens dieses Fahrzeugs ergeben, können somit sehr oft die Glasfasern zerbrechen.
Überdies kann sich das Problem der Erleichterung und der mechanischen Verstärkung eines Metallgefäßes, das dazu bestimmt ist, ein Druckfluid zu enthalten, wie beispielsweise ein Gasbehälter, in zahlreichen Bereichen stellen, wie beispielsweise jenem der Übertragung von Druckfluiden in den Leitungen oder jenem der Feuerlöscher.
Aus dem Patent GB-A-520 352 ist ein Metallgefäß bekannt, das dazu bestimmt ist, zumindest ein Druckfluid zu enthalten, wie beispielsweise ein Druckgasbehälter.
Dieses Gefäß umfaßt eine Öffnung und ist auf zumindest einem Teil seiner Außenfläche mit einer Verstärkungshülle versehen, einerseits bestehend aus einer Verkleidung, die von zumindest einer Gummischicht gebildet wird, und andererseits aus einem Metallbeschlag, der in diese Verkleidung eingearbeitet ist. Dieser Metallbeschlag wird von einem zylindrischen metallischen Element gebildet, das auf anliegende Art und Weise um den Teil der Außenfläche des Metallgefäßes von einem seiner Enden aus gewickelt ist.
Aus dem Patent GB-A-671 609 ist auch ein Verfahren zur Bildung eines Metallgefäßes bekannt, bei dem ein Druckfluid eingespritzt wird, um den Teil der Außenfläche des Metallgefäßes plastisch zu verformen.
Ist das Metallgefäß jedoch mit einer Verstärkungshülle, bestehend aus einer Verkleidung, die von zumindest einer Gummischicht gebildet wird, und aus einem in diese Verkleidung eingearbeiteten Beschlag, versehen und wird dieses Gefäß durch Einspritzen eines Druckfluids verformt, haftet die Verstärkungshülle nicht richtig auf der Außenwand des Metallgefäßes und erfüllt nicht seine Verstärkungsfunktion.
Aufgabe der Erfindung ist es, die obenerwähnten Nachteile zu vermeiden, indem sie ein Metallgefäß schafft, das dazu bestimmt ist, ein Druckfluid zu enthalten, und das in den mechanisch am stärksten von dem Druckfluid belasteten Bereichen oder in den Bereichen der Wände des Metallgefäßes, deren Dicke absichtlich verringert wurde, verstärkt ist, wobei eine erhebliche Erschwerung des Metallgefäßes vermieden wird.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Metallgefäß, das dazu bestimmt ist, zumindest ein Druckfluid zu enthalten, wie beispielsweise ein Druckgasbehälter, vom Typ mit Öffnung, wobei dieses Gefäß auf zumindest einem Teil seiner Außenfläche mit einer Verstärkungshülle versehen ist, einerseits bestehend aus einer Verkleidung, die von zumindest einer Gummischicht gebildet wird, und andererseits aus einem elastischen Metallbeschlag, der in diese Verkleidung eingearbeitet ist, wobei der Metallbeschlag von einem zylindrischen metallischen Element gebildet wird, das auf anliegende Art und Weise um den Teil der Außenfläche des Metallgefäßes von einem der Enden dieses Gefäßes aus gewickelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß mit zumindest einer Messingschicht versehen ist, die zwischen dem Teil der Außenfläche des Metallgefäßes und der Verstärkungshülle angeordnet ist, und daß das zylindrische Element vermessingt ist.
Nach weiteren Merkmalen der Erfindung:
- weist die Messingschicht eine Dicke zwischen 0,1 und 1 µm auf,
- weist die Gummischicht eine Dicke zwischen 0,05 und 5 mm und vorzugsweise zwischen 0,1 und 1 mm auf,
- bildet das zylindrische metallische Element, das auf anliegende Art und Weise aufgewickelt ist, eine Anzahl von übereinanderliegenden Schichten in gerader Zahl oder in einer Zahl größer oder gleich zwei und umfaßt zwei gegenüberliegende Enden, die miteinander verbunden und durch Löten aneinander befestigt sind,
- besteht das zylindrische metallische Element aus zumindest einer Stahlader, deren Durchmesser zwischen 100 und 300 µm und vorzugsweise zwischen 150 und 250 µm liegt,
- stellt das zylindrische metallische Element ein Gewebe, ein Geflecht, eine Kabellitze oder ein Bündel dar,
- ist das zylindrische metallische Element mit einem vulkanisierbaren Gummimantel umgeben.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur mechanischen Verstärkung eines Metallgefäßes, das dazu bestimmt ist, zumindest ein Druckfluid zu enthalten, wie beispielsweise ein Druckgasbehälter, vom Typ mit Öffnung, bei dem:
- zumindest ein Teil der Außenfläche des Metallgefäßes mit einer Verstärkungshülle verkleidet ist, bestehend einerseits aus einer Verkleidung, die von zumindest einer Gummischicht gebildet wird, und andererseits einem Metallbeschlag, der in diese Verkleidung eingearbeitet ist und von zumindest einem zylindrischen metallischen Element gebildet wird;
- die Verkleidung vulkanisiert wird;
- durch die Öffnung in das leere Metallgefäß eine nicht zusammendrückbare Druckflüssigkeit eingespritzt wird, um den Teil der Außenfläche des Metallgefäßes plastisch zu verformen;
dadurch gekennzeichnet, daß:
- zwischen dem Teil der Außenfläche des Metallgefäßes und der Verstärkungshülle zumindest eine Messingschicht angeordnet wird;
- auf anliegende Art und Weise um die verkleidete Fläche ausgehend von einem der Enden der verkleideten Fläche das zylindrische metallische Element gewickelt wird, um eine Anzahl von übereinanderliegenden Schichten in gerader Zahl oder in einer Zahl größer oder gleich zwei zu bilden, wobei das zylindrische Element vermessingt ist;
- die Enden des zylindrischen metallischen Elements miteinander verbunden und durch Löten aneinander befestigt werden;
- und die Verstärkungshülle durch Stromwärme und/oder elektromagnetische Induktion vulkanisiert wird, indem eine elektrische Spannung zwischen den Enden des zylindrischen Elements angelegt wird.
Nach weiteren Merkmalen der Erfindung:
- wird der Metallbeschlag von einem zylindrischen Element gebildet, das zumindest eine Stahlader umfaßt,
- wird der Metallbeschlag von zumindest einem zylindrischen Element gebildet, das ein Gewebe, ein Geflecht, eine Kabellitze oder ein Bündel darstellt;
- wird das zylindrische Element mit einem vulkanisierbaren Gummimantel umgeben;
- wird vor der Verkleidung des Teils der Außenfläche des Metallgefäßes mit der Hülle dieser Teil gebeizt;
- wird vor der Verkleidung des Teils der Außenfläche des Gefäßes mit der Hülle auf diesen Teil zumindest eine Messingschicht elektrolytisch aufgebracht;
- wird ein Gummiband auf anliegende Art und Weise um die Schicht gewickelt;
- wird die Gummischicht durch Besprengung, Beschichtung oder Tauchlötung aufgebracht;
- wird die Gummischicht durch Extrusion aufgebracht.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, die nur beispielhaften Charakter hat und sich auf die beiliegenden Zeichnungen bezieht, wobei:
- Figur 1 eine schematische perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Metallgefäßes unter Druck ist;
- Figur 2 eine schematische vergrößerte Teilansicht des zylindrischen Körpers des Metallgefäßes unter Druck aus Figur 1 ist.
Die Erfindung betrifft die Verstärkung eines Metallgefäßes, das dazu bestimmt ist, ein Druckfluid zu enthalten, wie beispielsweise ein Stahlbehälter für Druckgas.
Ein solcher Behälter, der in Figur 1 dargestellt und in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnet ist, umfaßt einen Körper 2 zylindrischer Form, der an seinen beiden gegenüberliegenden Enden 2a und 2b durch zwei Böden 3 bzw. 4 oder zwei Kappen allgemeiner konvexer und beispielsweise halbkugelförmiger Form verschlossen ist.
Diese Böden 3 und 4, die nicht unbedingt identisch sind, können auch eine elliptische Form oder eine Kombination der beiden Formen oder jede andere geeignete Form aufweisen.
Jeder Boden 3 und 4 weist eine identische durchschnittliche Dicke auf, die größer ist als jene des zylindrischen Körpers 2, dessen Dicke bewußt verringert wurde, um den Gasbehälter 1 leichter zu machen.
Eine Öffnung 5 wurde in einen der Böden, wie beispielsweise in den Boden 3, eingearbeitet, und in diese ist ein Hahn, nicht dargestellt, eingebaut, um das Entleeren und Befüllen des Gasbehälters 1 zu ermöglichen.
Zur mechanischen Verstärkung des Gasbehälters 1 wird zuerst eine Behandlung der Außenfläche 2c des metallischen Körpers 2 zu deren Reinigung vorgenommen, und beispielsweise ein Beizen dieser Fläche durchgeführt, um sie von ihren Oberflächenoxyden zu befreien. Sodann erfolgt eine elektrolytische Aufbringung im Cyanbad von zumindest einer Messingschicht 6 auf die Außenfläche 2c des zylindrischen Körpers 2, um eine Messingverkleidung zu bilden.
Diese Schicht 6 hat insbesondere die Funktion des Schutzes des zylindrischen Körpers 2 vor Korrosion.
Die Dicke dieser Schicht 6 liegt zwischen 0,1 und 1 µm und ist beispielsweise gleich 0,2 µm.
Nach einer ersten Durchführungsart wird zumindest eine Gummischicht 7, die Schwefel enthalten kann, auf den Teil der Außenfläche des Behälters 1, der verstärkt werden soll, aufgetragen, d.h. auf die zylindrische Außenfläche 2c des Körpers 2, um eine Verkleidung 8 zu bilden, die mit der Messingschicht 6 in Berührung stehen soll.
Diese Schicht 7 kann durch Umwicklung eines schmalen Gummibandes auf anliegende Art und Weise um die zylindrische Außenfläche 2c aufgebracht werden, um eine homogene Verkleidung 8 zu bilden.
Die Schicht 7 kann auch aus flüssigem Gummi durch Besprengung, Beschichtung oder Tauchlötung der zylindrischen Außenfläche 2c aufgebracht werden.
Die Schicht 7 kann auch durch Extrusion aufgebracht werden.
Die auf diese Weise aufgebrachte Gummischicht 7 weist eine Dicke zwischen 0,05 und 5 mm auf, vorzugsweise zwischen 0,1 und 1 mm und beispielsweise gleich 0,2 mm.
Nach einer Variante wird die Gummischicht 7, die die Verkleidung 8 bildet, auf eine Fläche eines Trägers aufgebracht, der eine im wesentlichen mit jener der Außenfläche des Behälters 1 identische, d.h. zylindrische, Form aufweist.
Dieser Träger, der nicht dargestellt ist, dient als Modell für die Aufbringung der Schicht 7 und weist kleinere Abmessungen als der zylindrische Körper 2 des Behälters 1 auf und besitzt beispielsweise einen Durchmesser gleich 90% des Durchmessers des zylindrischen Körpers 2.
Wenn die Verkleidung 8 aufgetragen wird und es ihre Zusammensetzung ermöglicht, sie zu bewegen, wird diese Verkleidung 8 von dem Träger beispielsweise mittels eines Abstandshalters, der Spreizfinger umfaßt, heruntergezogen und diese Verkleidung 8 auf der zylindrischen Außenfläche 2c des Behälters 1 angepaßt.
Eine solche Verkleidung 8 bietet zahlreiche Vorteile und gestattet insbesondere die Rotationsbewegungen des Behälters 1, auf den sie aufgetragen wurde, besitzt zeitlich und während der Lebensdauer des Behälters stabile mechanische Eigenschaften.
Ferner hat sie den Vorteil, daß sie sich bei verschiedenen Einflüssen von außen, wie beispielsweise chemischer oder mechanischer Art, nicht verändert und insbesondere eine Schranke bildet, die den Behälter 1 vor Korrosion schützt.
Nachdem die zylindrische Außenfläche 2c des Behälters 1 mit der Verkleidung 8 überzogen wurde, wird ausgehend von einem 2a der Enden 2a oder 2b des verkleideten zylindrischen Körpers 2 auf anliegende Art und Weise um diesen ein im wesentlichen zylindrisches Element 9 gewickelt, das vermessingt werden kann.
Die Verkleidung 8, die von der Gummischicht 7 gebildet wird, und das zylindrische Element 9 bilden eine Verstärkungshülle, die in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist.
Das zylindrische Element 9 wird bei einem Anwendungsbeispiel von zumindest einer Metallitze gebildet, die ihrerseits von mehreren metallischen Adern, die zusammengedreht wurden, gebildet wird.
Jede Ader weist einen Durchmesser zwischen 100 und 300 µm und vorzugsweise zwischen 150 und 250 µm auf und besitzt einen sehr hohen Zugwiderstand zwischen 2 und 5 GPa und vorzugsweise gleich 3,5 GPa.
Das zylindrische Element 9 wird beispielsweise von mehreren Metallitzen gebildet, die zusammengedreht oder geflochten wurden und nun ein Kabel bilden.
Je nach der Art der Behälter, deren Verwendung und speziellen Verwendungsbedingungen kann eine Einzellitze oder können mehrere Litzen mit variabler Anzahl und Durchmesser der Adern verwendet werden.
Vorteilhafterweise bestehen die metallischen Adern aus Stahl, um eine ausreichende mechanische Widerstandsfähigkeit und Härte zu verleihen, die es ermöglicht, den Druckgasbehälter zu verstärken.
Die Litze wird durch Zusammendrehen einer gewissen Anzahl von Stahladern hergestellt. Somit weist die Litze eine mechanische Festigkeit auf, und das Zusammendrehen der Adern verhindert, daß sie sich auflösen.
Diese Ausführung kann jedoch der Litze eine Elastizität verleihen. Beispielsweise beträgt der Elastizitätsmodul einer Litze von 27 Adern 175 GPa, während die Ader selbst einen Modul von 200 GPa aufweist.
Vorzugsweise wird das zylindrische Element 9 von einem Metalladerbündel gebildet, d.h. Adern, die nicht zusammengedreht sind.
In dieser Form ist es möglich, eine Anzahl von Adern, die das Bündel bilden, zu wählen, während bei einer Litze eine Grenze besteht aufgrund des Gefüges der Litze, deren Aderanzahl einem besonderen numerischen Gesetz entsprechen muß, nämlich 3i²/4 oder 1 + 3(i²-1)/4, je nachdem, ob der Leiter der Litze drei Adern oder eine Ader umfaßt.
Das zylindrische Element 9 wird beispielsweise von dem Ende 2a des zylindrischen Körpers 2 aus umwickelt, um eine erste Schicht 11 auf dem verkleideten zylindrischen Körper 2c des Behälters 1 zu bilden.
Das zylindrische Element 9 kann auch von dem gegenüberliegenden Ende 2b des verkleideten zylindrischen Körpers 2 aus über die erste Schicht 11 gewickelt werden, so daß eine zweite Schicht 12 gebildet wird, die über der ersten Schicht 11 liegt.
Indem auf diese Art und Weise eine Anzahl von Schichten 11 und 12 gleich zwei oder im allgemeinen einer geraden Zahl und größer oder gleich zwei gebildet werden, werden die beiden Enden des zylindrischen Elements 9, die nicht dargestellt sind, einander gegenüberliegend angeordnet und miteinander verbunden und beispielsweise durch Zinnlöten aneinander befestigt.
Es ist auch möglich, auf zumindest eine der Schichten 11 und 12 zumindest eine Gummischicht aufzubringen, die Schwefel enthalten kann und dieselbe Dicke oder eine geringere Dicke als jene der Schicht 7 der Verkleidung 8, die im vorhergehenden erwähnt wurde, aufweist, je nach der gewünschten Verwendung des Behälters 1.
Es kann auch beispielsweise eine Gummischicht zwischen den Schichten 11 und 12 angeordnet werden.
Ganz allgemein werden die auf diese Weise gebildeten Schichten 11 und 12 in die Verkleidung 8 eingearbeitet und bilden einen elastischen metallischen Beschlag.
Nach einer Variante werden mehrere zylindrische Elemente 9 dermaßen verbunden, daß sie ein Metallgewebe bilden, das sodann um den verkleideten zylindrischen Körper 2 gewickelt wird, und die Ränder dieses Gewebes, die einander gegenüberliegend angeordnet werden, werden beispielsweise durch Löten fest verbunden.
Es kann auch ein Metallgewebe in Form einer Manschette hergestellt werden, die über den verkleideten zylindrischen Körper 2 gezogen wird und den elastischen Metallbeschlag darstellt.
Nach einer weiteren Variante wird ein Metallgeflecht aus den zylindrischen Elementen 9 hergestellt und dieses Metallgeflecht auf anliegende Art und Weise um den verkleideten zylindrischen Körper 2 ausgehend von einem seiner Enden 2a oder 2b gewickelt, um den elastischen Metallbeschlag zu bilden.
Das zylindrische Element 9 kann mit einem Mantel umgeben werden, der aus einem vulkanisierbaren Gummi, wie beispielsweise einem Ebonit auf Basis von Naturgummi oder von Styrol-Butadien besteht. Das Ebonit wird vorher durch Auflösung in einem Lösungsmittel verflüssigt, um das kontinuierliche Überziehen des zylindrischen Elements 9 zu ermöglichen.
Der Mantel gewährleistet eine elektrische Isolierung zwischen den von dem zylindrischen Element 9 gebildeten Windungen.
Die Vulkanisierung kann durch Stromwärme und/oder elektromagnetische Induktion erfolgen, indem eine elektrische Spannung zwischen den Enden des zylindrischen Elements 9 angelegt wird, wodurch eine Kontrolle der Vulkanisierung in Abhängigkeit von der Dicke des Beschlags und der Verstärkungshülle ermöglicht wird.
Die Vulkanisierung kann durch andere Erhitzungsverfahren, wie beispielsweise Durchlaufen eines Wärmeschrankes oder Bestrahlung mit Infrarotstrahlen durchgeführt werden.
Es kann auch eine Vorvulkanisierung der Gummischichten in der Nähe der Außenfläche 2 des Gefäßes 1 und eine fortschreitende Vulkanisierung dieser Fläche zu der Fläche der Verstärkungshülle hin durchgeführt werden.
Das zylindrische Element 9 kann ein Gewebe, ein Geflecht, eine Kabellitze oder ein Bündel darstellen.
Bei den verschiedenen vorher beschriebenen Varianten der Erfindung ist der elastische Metallbeschlag in die Verkleidung 8 eingearbeitet.
Somit wird die zylindrische Außenfläche 2c des Druckgasbehälters 1, die mit der Messingschicht 6 überzogen ist, mit einer Verstärkungshülle 10 verkleidet, einerseits bestehend aus einer Verkleidung 8, die von einer Gummischicht 7, die Schwefel enthalten kann und mit der Messingschicht 6 in Berührung steht, gebildet wird, und andererseits aus einem Metallbeschlag, der von zwei Schichten 11 und 12 des vermessingten zylindrischen Elements 9 gebildet wird, die übereinanderliegen und in die Verkleidung 8 eingearbeitet sind.
Die Dicke der Verkleidung 8 muß klein genug sein, damit die Funktion der Verstärkungshülle 10 nicht beeinträchtigt wird.
Wenn nämlich das Gummi zu stark die radiale Verformung des zylindrischen Körpers 2 absorbiert, wird das zylindrische Element 9 bei Normalbetrieb wenig belastet, und es besteht die Gefahr, daß der Behälter 1 mit der Zeit durch Ermüdungsbruch kaputtgeht.
Sodann wird eine Vulkanisierung der Verkleidung 8, d.h. der Gummischicht 7 bei einer Temperatur zwischen 100 und 160ºC, vorzugsweise zwischen 120 und 150ºC und beispielsweise gleich 120ºC, unter einem Druck von beispielsweise 20 bar und während einer Dauer zwischen 20 und 30 Minuten und beispielsweise gleich 20 Minuten durchgeführt.
Die Vulkanisierung führt zu einer Oxydation des in der Schicht 6 enthaltenen Messings, und es entsteht eine chemische Oxydationsreaktion zwischen dem Kupfer des Messings und dem in der Gummischicht 7 enthaltenen Schwefel, die das Haftvermögen einerseits zwischen dem vermessingten zylindrischen Element 9 und dem Gummi und andererseits zwischen dem Behälter 1 und dem Gummi stark erhöht.
Überdies trägt die Verkleidung 8, die von der Gummischicht 7 gebildet wird, zum Halten des zylindrischen Elements 9 auf dem Behälter 1 bei.
Gleichzeitig mit der Vulkanisierung der Verkleidung 8 wird in den Behälter 1 durch die Öffnung 5 eine nicht zusammendrückbare Flüssigkeit eingespritzt, wie beispielsweise Wasser unter einem Druck zwischen 350 und 450 bar und beispielsweise gleich 400 bar.
Nach einer Variante kann die Einspritzung der nicht zusammendrückbaren Flüssigkeit unter Druck in den Behälter 1 im Anschluß an die Vulkanisierung erfolgen.
Nach einer weiteren Variante kann die Einspritzung der nicht zusammendrückbaren Flüssigkeit unter Druck in den Behälter 1 vor der Vulkanisierung erfolgen.
Diese Einspritzung von nicht zusammendrückbarer Flüssigkeit unter Druck hat die Aufgabe, Vordruckspannungen in dem Behälter 1 aufzubauen, indem die Elastizitätsgrenze des metallischen Materials, aus dem dieser Behälter besteht, überschritten wird, und Vorzugspannungen in dem zylindrischen Element 9 zu erzeugen, indem der elastische Bereich des Stahls, aus dem das Element besteht, beibehalten wird.
Diese Technik führt zu einer Kaltverfestigung des Behälters 1, wodurch er einen viel größeren Verformungsspielraum erhält, wenn er mit Gas unter einem Druck von 200 bar gefüllt wird, da seine Elastizitätsgrenze höher ist.
Vorteilhafterweise wird die Haltbarkeit des Behälters 1 verbessert und seine Lebensdauer somit verlängert.
Das erfindungsgemäße Verstärkungsverfahren wurde bei einem Druckgasbehälter mit einem Fassungsvermögen von 80 Litern und einer Gesamtlänge von 1 m, einem Durchmesser des zylindrischen Körpers 2 von 36 mm, einer Dicke der Wand des zylindrischen Körpers 2 von 4,5 mm, einer durchschnittlichen Dicke jedes der Böden 3 und 4 von 8 bzw. 12 mm, einem Leergewicht vön 48 kg angewandt, wobei das metallische Material, aus dem der Behälter besteht, Stahl 35CD4 ist.
Der Stahl, der das zylindrische Element 9 bildet ist ein Stahl mit beispielsweise 0,8% Kohlenstoff und einer mechanischen Festigkeit von 3500 Mpa, wobei das Element 9 von Bündeladern oder Litzenadern gebildet wird, die jeweils 27 Adern umfassen, wobei jede Ader einen Durchmesser von 175 µm aufweist.
Das synthetische Gummi, das Schwefel enthält und die Verkleidung 8 bildet, ist ein Produkt, wie beispielsweise flüssiges Gummi, das unter der Marke "RUPSON" bekannt ist.
Nach einer weiteren Durchführungsart der Erfindung wird nach Verkleidung der Außenfläche 2c des zylindrischen Körpers 2 mit der Messingschicht 6 eine Gummischicht 7 auf eine Fläche eines zylindrischen Trägers aufgebracht, um eine Verkleidung 8 zu bilden.
Dieser Träger, der nicht dargestellt ist, dient als Modell für die Aufbringung der Schicht 7 und für die weiteren Tätigkeiten, und sein Durchmesser beträgt beispielsweise 90% von jenem des zylindrischen Körpers.
Um die Schicht 7 aufzubringen, kann ein schmales Gummiband auf anliegende Art und Weise um die zylindrische Fläche des Trägers gewickelt werden, um eine Manschette zu bilden.
Das Aufbringen der Schicht 7 kann auch aus flüssigem Gummi durch Besprengung, Beschichtung oder Tauchlötung der zylindrischen Fläche des Trägers erfolgen.
Das Aufbringen der Schicht 7 kann auch durch Extrusion erfolgen.
Sodann wird ausgehend von einem der Enden des mit der Schicht 7 verkleideten Trägers um diesen herum ein zylindrisches Element 9 gewickelt, das von zumindest einer Metallitze gebildet wird, die ihrerseits von mehreren zusammengedrehten Metalladern gebildet wird.
Das zylindrische Element 9 kann ein Kabel sein, das aus mehreren zusammengedrehten oder geflochtenen Metallitzen besteht.
Vorzugsweise bestehen die metallischen Adern aus Stahl.
Das zylindrische Element 9 wird derart auf den zylindrischen Träger gewickelt, daß eine erste Schicht 11 auf dem verkleideten zylindrischen Träger gebildet wird, und ausgehend von dem gegenüberliegenden Ende des verkleideten zylindrischen Trägers wird das zylindrische Element 9 wieder auf die erste Schicht 11 gewickelt, um eine zweite Schicht 12 zu bilden, die über der ersten Schicht 11 liegt.
Auf diese Weise werden Schichten in einer Anzahl gleich zwei oder mehr, im allgemeinen in gerader Anzahl und größer oder gleich zwei, gebildet, um die beiden gegenüberliegenden Enden des vermessingten zylindrischen Elements 9 einander gegenüberliegend anzuordnen, um sie zu verbinden und beispielsweise durch Zinnlöten aneinander zu befestigen.
Eventuell kann auf zumindest eine der Schichten 11 oder 12 des zylindrischen Elements 9 zumindest eine Gummischicht, wie beispielsweise eine Schicht aus synthetischem Gummi, die Schwefel enthält, aufgebracht werden, die dieselbe Dicke oder eine geringere Dicke als die Schicht 7 der Verkleidung 8 aufweist.
Die Schichten 11 und 12, die auf diese Weise gebildet wurden, stellen den elastischen Stahlbeschlag dar, der in die Ve+rkleidung 8 eingearbeitet ist.
Nach einer Variante werden mehrere zylindrische Elemente 9 dermaßen zusammengefügt, daß sie ein Stahlgewebe bilden, das sodann um den verkleideten zylindrischen Träger gewickelt wird, und werden beispielsweise durch Löten die Ränder des Gewebes verbunden, die einander gegenüberliegend angeordnet wurden.
Es kann auch ein Stahlgewebe in Form einer Manschette gebildet werden, die über den verkleideten zylindrischen Träger gezogen wird, um den elastischen Stahlbeschlag zu bilden.
Nach einer weiteren Variante wird ein Stahlgeflecht aus mehreren zylindrischen Elementen 9 gebildet und wird dieses Geflecht auf anliegende Art und Weise um den verkleideten zylindrischen Träger von einem seiner Enden aus gewickelt, um den elastischen Metallbeschlag zu bilden.
Somit wird auf dem zylindrischen Träger eine Verstärkungshülle 10 hergestellt, die einerseits eine Verkleidung 8 umfaßt, die von einer Gummischicht 7 gebildet wird, und andererseits einen weichen Stahlbeschlag umfaßt, der von zwei Schichten 11 und 12 des zylindrischen Elements 9 gebildet wird, die übereinandergelagert und in die Verkleidung 8 eingearbeitet sind.
Es ist nun möglich, die Verstärkungshülle 10, die auf diese Weise gebildet wurde, von dem zylindrischen Träger beispielsweise mittels eines Abstandshalters, der Spreizfinger umfaßt, herunterzuziehen und die Verstärkungshülle 10 auf der zylindrischen Außenfläche 2c des Behälters 1 anzupassen.
Es werden nun unter denselben Bedingungen, wie den für die erste Durchführungsart beschriebenen, die Tätigkeiten der Vulkanisierung und der Einspritzung einer nicht zusammendrückbaren Flüssigkeit unter Druck in den Behälter 1 durchgeführt, um einen mechanisch verstärkten Druckbehälter zu erhalten.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird sowohl für Druckgasbehälter als auch für Hydraulikbehälter oder Behälter eines anderen Typs angewandt, egal, ob sie mit oder ohne Schweißnaht hergestellt sind.
Im allgemeinen kann dieses Verstärkungsverfahren für Metallgefäße angewandt werden, die dazu bestimmt sind, zumindest ein Druckfluid zu enthalten und von dem beispielsweise gewisse Teile für deren Transport leichter gemacht wurden.
Dieses Verfahren kann somit unbegrenzt für Gasleitungen, Feuerlöscher, Industriegasflaschen oder Druckluftflaschen angewandt werden.
Stellt sich das Problem der Erleichterung des Metallgefäßes nicht, ist es jedoch trotzdem erforderlich, mechanisch zumindest einen Teil der Außenfläche dieses Gefäßes zu verstärken, ist das erfindungsgemäße Verfahren sehr vorteilhaft.
Die Herstellung eines verstärkten Metallgefäßes ist nämlich einfach und verwendet keine schädlichen Giftstoffe.
Die auf diese Weise verstärkten Metallgefäße bieten eine sehr gute mechanische Schlagfestigkeit sowie eine sehr gute Haltbarkeit, und ihr Recycling wirft nicht die Probleme auf, die sich durch die Verwendung von Fasern aus Glas, Aramid oder organischen Harzen ergeben.
Ferner kann die Gummiverkleidung der Verstärkungshülle im Falle von Explosion mögliche Funken von dem vermessingten zylindrischen Element zurückhalten und somit jedes Phänomen der Zersplitterung vermeiden.
Schließlich ist die Herstellung eines verstärkten Metallgefäßes nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wirtschaftlich.

Claims

1. Metallgefäß, das dazu bestimmt ist, zumindest ein Druckfluid zu enthalten, wie beispielsweise ein Druckgasbehälter, vom Typ mit einer Öffnung (5), wobei dieser Behälter (1) auf zumindest einem Teil (2c) seiner Außenfläche (2) mit einer Verstärkungshülle (10) versehen ist, einerseits bestehend aus einer Verkleidung (8), die von zumindest einer Gummischicht (7) gebildet wird, und andererseits aus einem Metallbeschlag (11, 12), der in diese Verkleidung eingearbeitet (8) ist, wobei der Metallbeschlag von einem zylindrischen metallischen Element (9) gebildet wird, das auf anliegende Art und Weise um den Teil (2c) der Außenfläche (2) des Metallgefäßes (1) von einem der Enden (2a, 2b) dieses Teils (2c) aus gewickelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß (1) mit zumindest einer Messingschicht (6) versehen ist, die zwischen dem Teil (2c) der Außenfläche (2) des Metallgefäßes (1) und der Verstärkungshülle (10) angeordnet ist, und daß das zylindrische Element (9) vermessingt ist.

2. Gefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Messingschicht (6) eine Dicke zwischen 0,1 und 1 µm aufweist.

3. Gefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gummischicht (7) eine Dicke zwischen 0,05 und 5 mm und vorzugsweise zwischen 0,1 und 1 mm aufweist.

4. Gefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische metallische Element (9), das auf anliegende Art und Weise aufgewickelt ist, eine Anzahl von übereinanderliegenden Schichten (11, 12) in gerader Zahl oder in einer Zahl größer oder gleich zwei bildet und zwei gegenüberliegende Enden umfaßt, die miteinander verbunden und durch Löten aneinander befestigt sind.

5. Gefäß nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische metallische Element (9) aus zumindest einem Stahltrumm besteht, dessen Durchmesser zwischen 100 und 300 µm und vorzugsweise zwischen 150 und 250 µm liegt.

6. Gefäß nach den Ansprüchen 1, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische metallische Element (9) ein Gewebe, ein Geflecht, eine Kabellitze oder ein Bündel darstellt.

7. Gefäß nach einem der Ansprüche 1 und 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische metallische Element (9) mit einem vulkanisierbaren Gummimantel umgeben ist.

8. Verfahren zur mechanischen Verstärkung eines Metallgefäßes (1), das dazu bestimmt ist, zumindest ein Druckfluid zu enthalten, wie beispielsweise ein Druckgasbehälter, vom Typ mit einer Öffnung (5), bei dem:

- zumindest ein Teil (2c) der Außenfläche (2) des Metallgefäßes (1) mit einer Verstärkungshülle (10) verkleidet ist, bestehend einerseits aus einer Verkleidung (8), die von zumindest einer Gummischicht (7) gebildet wird, und andererseits einem Metallbeschlag (11, 12), der in diese Verkleidung (8) eingearbeitet ist und von zumindest einem zylindrischen metallischen Element (9) gebildet wird;

- die Verkleidung (8) vulkanisiert wird;

- durch die Öffnung (5) in das leere Metallgefäß (1) eine nicht zusammendrückbare Druckflüssigkeit eingespritzt wird, um den Teil (2c) der Außenfläche (2) des Metallgefäßes (1) plastisch zu verformen;

dadurch gekennzeichnet, daß:

- zwischen dem Teil (2c) der Außenfläche (2) des Metallgefäßes (1) und der Verstärkungshülle (10) zumindest eine Messingschicht (6) angeordnet wird;

- auf anliegende Art und Weise um die verkleidete Fläche ausgehend von einem der Enden der verkleideten Fläche das zylindrische metallische Element (9) gewickelt wird, um eine Anzahl von übereinanderliegenden Schichten (11, 12) in gerader Zahl oder in einer Zahl größer oder gleich zwei zu bilden, wobei das zylindrische Element (9) vermessingt ist;

- die Enden des zylindrischen metallischen Elements (9) untereinander verbunden und durch Löten aneinander befestigt werden;

- und die Verstärkungshülle (10) durch Stromwärme und/oder elektromagnetische Induktion vulkanisiert wird, indem eine elektrische Spannung zwischen den Enden des zylindrischen Elements (9) angelegt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallbeschlag (11, 12) von einem zylindrischen Element (9) gebildet wird, das zumindest ein Stahltrumm umfaßt.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallbeschlag (11, 12) von zumindest einem zylindrischen Element (9) gebildet wird, das ein Gewebe, ein Geflecht, eine Kabellitze oder ein Bündel darstellt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische Element (9) mit einem vulkanisierbaren Gummimantel umgeben wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Verkleidung des Teils (2c) der Außenfläche (2) des Metallgefäßes (1) mit der Hülle (10) dieser Teil (2c) gebeizt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Verkleidung des Teils (2c) der Außenfläche (2) des Gefäßes (1) mit der Hülle (10) auf diesen Teil (2c) zumindest eine Messingschicht (6) elektrolytisch aufgebracht wird.

14. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gummiband auf anliegende Art und Weise um die Schicht (11, 12) gewickelt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gummischicht (7) durch Besprengung, Beschichtung oder Tauchlötung aufgebracht wird.

16. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gummischicht (7) durch Extrusion aufgebracht wird.